Introducción

En la medición de ruido, los ensayos acústicos y la evaluación del ruido de maquinaria aparecen con frecuencia tres conceptos: presión sonora, intensidad sonora y potencia sonora.

Aunque las tres magnitudes están relacionadas con la energía acústica, describen propiedades físicas diferentes.

De forma sencilla:

● La presión sonora describe la variación de presión producida por una onda sonora en un punto determinado.
● La intensidad sonora describe el flujo de energía acústica que atraviesa una unidad de superficie.
● La potencia sonora describe la energía acústica total emitida por una fuente por unidad de tiempo.

En las mediciones habituales de ruido, el nivel de presión sonora es la magnitud que se mide con mayor frecuencia mediante un sonómetro. La intensidad y la potencia sonora tienen especial importancia en acústica técnica, identificación de fuentes de ruido y evaluación acústica de maquinaria.

Puntos clave

● La presión sonora se mide en pascales (Pa) y normalmente se expresa como nivel de presión sonora en dB.
● La intensidad sonora se mide en W/m² y representa el flujo de energía acústica por unidad de superficie.
● La potencia sonora se mide en vatios (W) y representa la energía acústica total emitida por una fuente por unidad de tiempo.
● La presión sonora y la intensidad sonora dependen de la posición de medición, la distancia, las reflexiones y el entorno acústico.
● La potencia sonora caracteriza la emisión acústica global de una fuente y resulta especialmente útil para comparar diferentes máquinas o productos.
● Un sonómetro convencional mide principalmente el nivel de presión sonora; una lectura obtenida en un solo punto no puede considerarse directamente un nivel de potencia sonora.

¿Qué es la presión sonora?

La presión sonora es la pequeña variación de presión del aire producida por una onda sonora respecto a la presión atmosférica estática.

Cuando un altavoz, un motor, un ventilador u otra fuente sonora vibra, genera compresiones y rarefacciones sucesivas en el aire circundante. Estas variaciones de presión constituyen la presión sonora.

La presión sonora suele representarse mediante el símbolo p y se expresa en:

Pa (pascal)

Dado que el intervalo de presiones sonoras perceptibles por el oído humano es extremadamente amplio, en acústica se utiliza normalmente una escala logarítmica denominada nivel de presión sonora.

Se expresa habitualmente como:

Lp = 20 log₁₀(p / p₀)

donde:

● Lp: nivel de presión sonora en dB;
● p: presión sonora eficaz medida;
● p₀: presión sonora de referencia, normalmente 20 μPa en aire.

Por tanto, cuando un sonómetro muestra 60 dB, 80 dB o 100 dB, el valor suele corresponder al nivel de presión sonora en el punto de medición y no a la potencia sonora de la fuente.

¿Qué es la intensidad sonora?

La intensidad sonora describe la velocidad a la que la energía acústica atraviesa una unidad de superficie.

Su unidad es:

W/m² (vatio por metro cuadrado)

La intensidad sonora posee magnitud y dirección, por lo que, desde el punto de vista físico, es una magnitud direccional.

Puede entenderse como la cantidad de energía acústica que atraviesa cada segundo una superficie imaginaria determinada.

La intensidad sonora suele representarse mediante I y también puede expresarse como nivel de intensidad sonora:

LI = 10 log₁₀(I / I₀)

donde:

● LI: nivel de intensidad sonora en dB;
● I: intensidad sonora en W/m²;
● I₀: intensidad sonora de referencia, normalmente 10⁻¹² W/m².

En condiciones ideales de campo libre y para una onda plana progresiva, la presión sonora y la intensidad sonora están directamente relacionadas y pueden aproximarse mediante:

I = p²rms / (ρc)

donde ρ es la densidad del aire y c es la velocidad del sonido.

Sin embargo, esta relación únicamente es válida bajo determinadas condiciones acústicas. En el campo próximo de una máquina, en salas con fuertes reflexiones o en campos sonoros complejos, no debe calcularse la intensidad sonora real simplemente a partir de una única medición de presión sonora.

¿Qué es la potencia sonora?

La potencia sonora representa la energía acústica total radiada por una fuente sonora por unidad de tiempo.

Su unidad es:

W (vatio)

Por ejemplo, un motor eléctrico en funcionamiento radia energía acústica al entorno. La cantidad total de energía acústica emitida en todas las direcciones por unidad de tiempo representa su potencia sonora.

La potencia sonora suele representarse mediante W y puede expresarse como nivel de potencia sonora:

LW = 10 log₁₀(W / W₀)

donde:

● LW: nivel de potencia sonora en dB;
● W: potencia sonora en vatios;
● W₀: potencia sonora de referencia, normalmente 10⁻¹² W.

A diferencia de la presión sonora medida en un punto concreto, la potencia sonora caracteriza la emisión acústica total de la fuente.

Por este motivo, el nivel de potencia sonora resulta especialmente adecuado para comparar las emisiones acústicas de ventiladores, motores, compresores, bombas, equipos HVAC y otras máquinas.

Principales diferencias entre presión sonora, intensidad sonora y potencia sonora

En términos sencillos:

La presión sonora describe lo que ocurre en un punto de medición, la intensidad sonora describe cómo fluye la energía acústica a través de una superficie y la potencia sonora describe la emisión acústica total de la fuente.

¿Por qué los sonómetros suelen medir presión sonora?

Un sonómetro digital convencional utiliza un micrófono sensible principalmente a las variaciones de presión del aire.

El micrófono convierte estas variaciones en una señal eléctrica. Posteriormente, el instrumento aplica ponderación en frecuencia, ponderación temporal, procesamiento de señal y cálculos antes de mostrar el resultado en decibelios.

Por tanto, la magnitud principal que mide un sonómetro es:

el nivel de presión sonora

Por ejemplo:

● LA indica un nivel de presión sonora ponderado A;
● LC indica un nivel de presión sonora ponderado C;
● LAF indica un nivel de presión sonora ponderado A con ponderación temporal FAST.

Por ello, si un sonómetro muestra 85 dB(A), el valor normalmente corresponde al nivel de presión sonora ponderado A en el punto de medición, no al nivel de potencia sonora del equipo.

¿Por qué cambia la presión sonora con la distancia?

A medida que la energía acústica se propaga alejándose de la fuente, se distribuye sobre una superficie cada vez mayor. Como consecuencia, disminuye la energía acústica por unidad de superficie y, normalmente, también disminuye la presión sonora en el punto de medición.

Para una fuente aproximadamente puntual en un campo libre ideal:

● La intensidad sonora disminuye aproximadamente con el inverso del cuadrado de la distancia.
● Cada vez que se duplica la distancia, el nivel de presión sonora suele disminuir aproximadamente 6 dB.

Ejemplo en condiciones ideales:

1 m: aproximadamente 90 dB
2 m: aproximadamente 84 dB
4 m: aproximadamente 78 dB

En condiciones reales, las reflexiones producidas por paredes, suelos, techos, maquinaria y otras superficies modifican el campo acústico. Por ello, la disminución real no siempre sigue exactamente la regla de 6 dB por cada duplicación de la distancia.

¿Por qué la potencia sonora no disminuye simplemente al aumentar la distancia de medición?

La potencia sonora representa la energía acústica total radiada por la fuente por unidad de tiempo.

Si las condiciones de funcionamiento de la fuente permanecen constantes, su potencia sonora total también permanece prácticamente constante. Al aumentar la distancia, la energía simplemente se distribuye sobre una superficie mayor.

De forma resumida:

● Fuente sin cambios → potencia sonora total prácticamente constante;
● Mayor distancia → energía distribuida sobre una superficie mayor;
● Menor intensidad sonora por unidad de superficie;
● Menor presión sonora, en general, en el punto de medición.

Por esta razón, un nivel de ruido medido a una determinada distancia no puede considerarse directamente la potencia sonora de una máquina.

¿Qué relación existe entre intensidad sonora y potencia sonora?

La potencia sonora puede determinarse integrando la intensidad sonora sobre una superficie cerrada que rodee la fuente.

Conceptualmente:

W = ∫ I · dS

Es decir, al considerar toda la intensidad acústica que atraviesa la superficie envolvente puede determinarse la potencia sonora total radiada por la fuente.

Si la intensidad sonora fuera completamente uniforme sobre toda la superficie y perpendicular a ella, podría utilizarse la siguiente simplificación:

Potencia sonora ≈ Intensidad sonora × Área

Sin embargo, las máquinas reales no suelen radiar sonido de manera uniforme en todas las direcciones. Por este motivo, las mediciones profesionales de potencia sonora suelen requerir varios puntos de medición o instrumentación específica de intensidad sonora.

Si el nivel de presión sonora y el nivel de potencia sonora se expresan en dB, ¿por qué no pueden compararse directamente?

Esta es una confusión habitual.

Tanto el nivel de presión sonora como el nivel de potencia sonora se expresan en dB, pero representan magnitudes físicas diferentes y utilizan valores de referencia distintos.

La referencia para el nivel de presión sonora es:

20 μPa

La referencia para el nivel de potencia sonora es:

10⁻¹² W

Por tanto:

● 80 dB SPL describe un nivel de presión sonora en un punto determinado.
● 80 dB de nivel de potencia sonora describe la potencia acústica de una fuente.

Que ambos tengan el mismo valor numérico no significa que representen la misma magnitud física.

El nivel de presión sonora producido por una misma máquina puede variar significativamente según la distancia, la acústica del recinto y las reflexiones, mientras que su nivel de potencia sonora debería mantenerse prácticamente constante bajo las mismas condiciones de funcionamiento.

¿Debe evaluarse el ruido de una máquina mediante presión sonora o potencia sonora?

Depende del objetivo de la medición.

Cuando se desea evaluar el sonido realmente presente en una ubicación determinada, el nivel de presión sonora suele ser la magnitud más adecuada. Algunos ejemplos son:

● Ruido en el puesto de un operador;
● Ruido en oficinas;
● Ruido en edificios;
● Ruido de una máquina a una distancia especificada;
● Exposición laboral al ruido.

Cuando se desea comparar la emisión acústica propia de diferentes máquinas, el nivel de potencia sonora suele resultar más adecuado. Por ejemplo:

● Comparación de diferentes ventiladores;
● Comparación de modelos de compresores;
● Especificaciones acústicas de equipos HVAC;
● Ensayos de rendimiento acústico de maquinaria;
● Especificaciones de ruido de productos.

Cuando se necesita determinar la dirección del flujo de energía, localizar una fuente dominante o calcular la potencia sonora mediante el método de intensidad, es necesario realizar una medición de intensidad sonora.

¿Se utilizan los mismos instrumentos para medir presión sonora e intensidad sonora?

Normalmente no.

Un sonómetro digital convencional utiliza un único micrófono de medición y está diseñado principalmente para medir el nivel de presión sonora.

La medición de intensidad sonora requiere normalmente una sonda de intensidad acústica específica. Una configuración habitual utiliza dos micrófonos separados por una distancia definida y analiza tanto la presión como su gradiente para estimar la magnitud y la dirección del flujo de energía acústica.

Por tanto:

● Los sonómetros convencionales miden principalmente presión sonora.
● La medición de intensidad sonora requiere instrumentación específica.
● La potencia sonora se determina normalmente mediante métodos definidos basados en mediciones de presión sonora, intensidad sonora u otras técnicas acústicas apropiadas.

¿Por qué es importante especificar qué tipo de “dB” se está indicando?

En documentación técnica, indicar únicamente que “el ruido de la máquina es de 80 dB” suele ser insuficiente.

También debería indicarse:

● Si se trata de nivel de presión sonora o de potencia sonora;
● Qué ponderación en frecuencia se utilizó;
● La distancia de medición;
● La posición de medición;
● La ponderación temporal o parámetro utilizado;
● El entorno acústico;
● Las condiciones de funcionamiento del equipo.

Por ejemplo:

Nivel de presión sonora ponderado A de 80 dB(A), medido a 1 m del equipo

es completamente diferente de:

Nivel de potencia sonora ponderado A de 80 dB

Definir con claridad la magnitud acústica y las condiciones de medición es fundamental para poder comparar correctamente los resultados.

FAQ

P: ¿La presión sonora y la intensidad sonora son lo mismo?
No. La presión sonora describe las variaciones de presión del aire y se mide en Pa. La intensidad sonora describe el flujo de energía acústica por unidad de superficie y se mide en W/m². Ambas están relacionadas directamente bajo determinadas condiciones de campo libre, pero no son intercambiables en campos acústicos complejos.

P: ¿Un sonómetro mide presión sonora o potencia sonora?
Un sonómetro convencional mide principalmente el nivel de presión sonora. La potencia sonora suele determinarse mediante un método definido a partir de varias mediciones de presión sonora o mediante mediciones de intensidad sonora.

P: ¿El nivel de potencia sonora disminuye al aumentar la distancia?
No simplemente por aumentar la distancia de medición. Si las condiciones de funcionamiento de la fuente permanecen constantes, su potencia sonora total permanece prácticamente invariable. En cambio, la presión y la intensidad sonora en un punto concreto suelen disminuir al aumentar la distancia.

P: ¿El nivel de presión sonora y el nivel de potencia sonora pueden expresarse ambos en dB?
Sí. Sin embargo, utilizan diferentes magnitudes de referencia y representan parámetros físicos distintos.

P: ¿Por qué una misma máquina presenta diferentes valores en dB según el punto de medición?
El nivel de presión sonora puede verse afectado por la distancia, la dirección, las reflexiones, el ruido de fondo, los obstáculos y las características acústicas del recinto.

P: ¿Qué magnitud debe utilizarse para comparar cuál de dos máquinas es más silenciosa?
Para comparar la emisión acústica global de las máquinas, el nivel de potencia sonora suele ser más representativo. Para comparar el sonido realmente recibido en una ubicación concreta, debe utilizarse el nivel de presión sonora.

Conclusión

La presión sonora, la intensidad sonora y la potencia sonora describen aspectos diferentes del comportamiento acústico.

● La presión sonora representa las variaciones locales de presión generadas por las ondas sonoras y es la principal magnitud medida por un sonómetro convencional.
● La intensidad sonora representa el flujo de energía acústica por unidad de superficie e incluye información sobre su dirección.
● La potencia sonora representa la energía acústica total emitida por una fuente por unidad de tiempo y es especialmente útil para comparar la emisión acústica propia de diferentes fuentes.

En una medición de ruido, un valor en decibelios nunca debería interpretarse sin conocer la magnitud acústica a la que corresponde. Identificar correctamente si se trata de nivel de presión sonora, nivel de intensidad sonora o nivel de potencia sonora, junto con la distancia, la ponderación en frecuencia, la ponderación temporal y las condiciones acústicas, es fundamental para realizar una evaluación correcta.